Défaillance due à la fatigue des roulements : comment les contraintes de contact de roulement entraînent des fissures et des écaillages

La défaillance par fatigue demeure la principale cause de détérioration prématurée des roulements, responsable de plus de 60 % des défaillances dans les applications industrielles. Roulements à éléments roulants : composés d'une bague intérieure, d'une bague extérieure et d'éléments roulants (balles ou rouleaux), et une cage — fonctionnent sous une charge cyclique, avec des éléments roulants transmettant en continu des forces entre les anneaux.

En raison de la faible surface de contact entre les éléments roulants et les chemins de roulement, le résultatcontrainte de contact hertzienneest extrêmement élevée, en particulier à grande vitesse ou sous forte charge. Cet environnement de contrainte concentrée entraînefatigue due au stress, se manifestant par des piqûres de surface, des fissures et finalement des éclats.

Qu’est-ce que la fatigue due au stress ?

La fatigue liée au stress fait référence àdommages structurels localiséscausée par des charges cycliques répétées inférieures à la résistance ultime à la traction du matériau. Alors que la majeure partiepalierRestant élastiquement déformé, des zones microscopiques subissent une déformation plastique au fil du temps, initiant finalement la rupture. Ce processus se déroule généralement en trois étapes progressives :

1. Initiation de microfissures

• Se produit aux niveaux souterrains (0,1 à 0,3 mm sous la surface de la piste).

• Causé par des concentrations de contraintes cycliques au niveau des imperfections microstructurelles.

2. Propagation des fissures

• Les fissures se développent progressivement le long des trajectoires de contrainte de cisaillement maximale.

• Influencé par les défauts des matériaux et les cycles de chargement opérationnels.

3. Fracture finale

• Les dommages de surface deviennent visibles lorsqueécaillage or piqûres.

• Une fois que les fissures atteignent une taille critique, le matériau se détache de la surface.

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Considérations relatives à la fatigue pour les véhicules électriques lourds

In gros véhicules utilitaires (VUL)etpoids lourds(poids lourds)—en particulier les variantes électriques—la résistance à la fatigue est encore plus critique en raison de :

• Plage de régime plus large:Les moteurs électriques fonctionnent sur des bandes de vitesse plus larges que les moteurs à combustion, augmentant les fréquences de charge cyclique.

• Couple de sortie plus élevé:Une transmission de couple plus élevée nécessite des roulements avec une résistance à la fatigue améliorée.

• Impact du poids de la batterie:La masse supplémentaire des batteries de traction augmente la pression sur les composants de la transmission, en particulierroulements de roue et de moteur.

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Principaux facteurs contribuant à la fatigue due au stress

√ Charges alternées

Les roulements des systèmes dynamiques sont constamment exposés à des variationscharges radiales, axiales et de flexionLorsque les éléments roulants tournent, la contrainte de contact se déplace de manière cyclique, créant des concentrations de contrainte élevées au fil du temps.

√Défauts matériels

Les inclusions, les microfissures et les vides dans le matériau du roulement peuvent agir commeconcentrateurs de stress, accélérant l'initiation de la fatigue.

√Mauvaise lubrification

Une lubrification insuffisante ou dégradée augmentefrottement et chaleur, réduisant la résistance à la fatigue et accélérant l'usure.

√Installation incorrecte

Un mauvais alignement, des ajustements incorrects ou un serrage excessif lors de l'installation peuvent introduire des contraintes inattendues, compromettant les performances du roulement.

Comprendre et atténuer la fatigue sous contrainte est essentiel pour garantir une longue durée de vie dans les applications exigeantes, notamment les véhicules électriques lourds. Si les progrès des matériaux et des technologies de simulation ont amélioré la résistance à la fatigue, une bonnesélection, installation et maintenance des roulementssont toujours la clé de la performance et de la fiabilité.

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